JP2000305119A - Optical device for wavelength conversion - Google Patents

Optical device for wavelength conversion

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JP2000305119A
JP2000305119A JP11112165A JP11216599A JP2000305119A JP 2000305119 A JP2000305119 A JP 2000305119A JP 11112165 A JP11112165 A JP 11112165A JP 11216599 A JP11216599 A JP 11216599A JP 2000305119 A JP2000305119 A JP 2000305119A
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JP
Japan
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light
wavelength
optical element
wavelength conversion
clbo crystal
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JP11112165A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Horiguchi
昌宏 堀口
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Ushio Sogo Gijutsu Kenkyusho KK
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Ushio Sogo Gijutsu Kenkyusho KK
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the moisture resistance of a wavelength conversion optical device and to decrease the light reflection loss occurring at the entering and leaving faces. SOLUTION: This optical device is obtd. by joining planer optical devices c1, c2 having little moisture absorption to the entering face and exiting face of a CLBO crystal nc for wavelength conversion, respectively, into an optical contact state. An antireflection film Tf1 corresponding to the wavelength of the incident light is applied on the surface of the planer optical device c1 joined to the entrance side of the light of the CLBO crystal nc, while an antireflection film Tf2 corresponding to at least the wavelength of the wavelength converted light is applied on the surface of the planer optical device c2 joined to the exit side of the light of the CLBO crystal nc. Or, instead of applying the antireflection film Tf1, inclined faces making the Brewster angles corresponding to the incident light and outgoing light may be formed on the planer optical devices c1, c2.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は波長変換用光学素子
に関し、さらに詳細には、非線形光学結晶の光入射面と
光出射面にカバー材料を接合することにより防湿性を向
上させ反射損を低減化した波長変換用光学素子に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical element for wavelength conversion, and more particularly, to joining a cover material to a light entrance surface and a light exit surface of a nonlinear optical crystal to improve moisture proofness and reduce reflection loss. The present invention relates to an optical element for wavelength conversion.

【0002】[0002]

【従来の技術】Nd:YAG,Yb:YAG,Nd:Y
LF,Nd:YVO4 などを用いた固体レーザーから出
力される基本レーザー光を波長変換して紫外線を発生さ
せる装置が実用化されている。これらの装置において、
4倍高調波発生、5倍高調波発生および300nm以下
の和周波光を得る和周波発生に用いる非線形光学結晶と
して、CLBO結晶が考えられる。CLBO結晶は非線
形定数が比較的大きく、190nm〜300nmにおけ
る吸収が少ないこと、1000nm付近で発振する基本
レーザー光の第4高調波発生に対して位相整合条件を満
たしていることなどから、300nmより短い波長の発
生用非線形光学結晶として有望視されている。
2. Description of the Related Art Nd: YAG, Yb: YAG, Nd: Y
An apparatus for converting the wavelength of a basic laser beam output from a solid-state laser using LF, Nd: YVO 4 or the like to generate ultraviolet rays has been put to practical use. In these devices,
A CLBO crystal can be considered as a non-linear optical crystal used for the generation of the fourth harmonic, the generation of the fifth harmonic, and the generation of the sum frequency light of 300 nm or less. The CLBO crystal has a relatively large nonlinear constant, a small absorption at 190 nm to 300 nm, and satisfies the phase matching condition for the fourth harmonic generation of the fundamental laser light oscillating at around 1000 nm. Promising as a nonlinear optical crystal for generating a wavelength.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、CLBO結晶
は表面から空気中に含まれる水分を吸着し易いという欠
点がある。水分を吸着した表面はレーザー光に対する耐
久性が低下する。また、水分を吸着した部分が膨張し、
結晶にひずみを生じさせるため、変換効率の低下・出射
光の波面のひずみなどが起こり、実用上の問題がある。
このため現状では使用前に150°C以上の温度でアニ
ールを行い、水分を蒸発させてから使用する方法が採ら
れている。
However, the CLBO crystal has a drawback that it easily adsorbs moisture contained in air from the surface. The surface that has absorbed moisture has reduced durability against laser light. In addition, the part that adsorbed moisture expands,
Since the crystal is distorted, the conversion efficiency is reduced, the wavefront of the emitted light is distorted, and the like, which causes a practical problem.
For this reason, at present, a method is employed in which annealing is performed at a temperature of 150 ° C. or more before use to evaporate water before use.

【0004】しかし、アニールを行った後でも、温度を
下げると水分の吸着が起こり、保管の方法にも配慮しな
ければならない。現状では良い保管方法が見つかってい
ないため、使用直前にアニールを行っている。このよう
に表面が変化しやすいので、これに反射防止膜を蒸着す
ることが困難で、表面に蒸着などを行わずに使用してい
るのが現状である。このため波長変換に際して、表面反
射の損失(入射側及び出射側各5%の反射損がある) が
生じている。
[0004] However, even after annealing, if the temperature is lowered, moisture adsorption occurs, and care must be taken in the storage method. Since no good storage method has been found at present, annealing is performed immediately before use. Since the surface is liable to change in this way, it is difficult to deposit an antireflection film on the surface, and at present, the antireflection film is used without being deposited on the surface. Therefore, a loss of surface reflection (a reflection loss of 5% for each of the incident side and the output side) occurs during wavelength conversion.

【0005】また、高温で用いても空気中の水分との反
応は起こるので、CLBO結晶を密封したセルの中に入
れ、セル中には水分を除去した酸素ガスなどを封入して
使用する方法も考えられている。この場合にはセルの窓
が入射側と出射側に必要となるため、前述の反射損がさ
らに増加することになる。本発明は上記した事情に鑑み
なされたものであって、その目的とするところは、上記
した波長変換用光学素子の防湿性を向上させるととも
に、光の入出射面における反射損を低減化することであ
る。
[0005] In addition, since the reaction with moisture in the air occurs even when used at a high temperature, a method is used in which a CLBO crystal is placed in a sealed cell, and oxygen gas or the like from which moisture has been removed is sealed in the cell. Is also considered. In this case, since the window of the cell is required on the entrance side and the exit side, the above-described reflection loss is further increased. The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to improve the moisture resistance of the above-described wavelength conversion optical element and to reduce the reflection loss on the light entrance / exit surface. It is.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】CLBO結晶の両端に水
分に冒されにくい光学素子(以下これをカバー材料と呼
ぶ) をオプティカルコンタクトで接合する。この方法に
より従来の問題の一つであるCLBO結晶の防湿を実現
することができる。カバー材料としては、次の要件を満
たすことが要求される。 (1) 水分に冒されにくい。 (2) 使用する波長の光の透過率が良いこと。 (3) 屈折率がCLBO結晶のそれに近いこと。 具体的材料としては、例えば、CaF2 、水晶, 四硼酸
リチウム、MgF2 などの光学結晶および, BK7、石
英などの光学ガラスが含まれる。また、カバー材料の
接合面でない方の側に反射防止膜を燕着する、カバー
材料の形状をブリュースターカットとする等により、反
射防止を有効に行うことができ、従来問題であった波長
変換用光学素子の表面における反射損失を低下させるこ
とができる。
An optical element which is hardly affected by moisture (hereinafter referred to as a cover material) is bonded to both ends of a CLBO crystal by an optical contact. By this method, it is possible to realize the CLBO crystal moisture proof, which is one of the conventional problems. The cover material is required to satisfy the following requirements. (1) Less susceptible to moisture. (2) The transmittance of light of the used wavelength is good. (3) The refractive index is close to that of the CLBO crystal. Specific materials include, for example, optical crystals such as CaF 2 , quartz, lithium tetraborate, and MgF 2, and optical glasses such as BK7 and quartz. In addition, by adopting an anti-reflection film on the side other than the joining surface of the cover material, or by using a Brewster-cut cover material, anti-reflection can be effectively performed, and wavelength conversion, which has been a problem in the past, has been a problem. Reflection loss on the surface of the optical element can be reduced.

【0007】ここで、一般に、2つの物質の接合面では
反射が起こる。この反射は2つの材料のそれぞれの屈折
率をn1,n2とするとR=(n1−n2)2 /(n1
+n2)2 で表される。例えば、CLBO結晶、CaF
2 の266nmにおける屈折率は、それぞれ1. 546
166および1.462079であるので、R=0.0
0078となり、CLBO結晶とCaF2 の接合面にお
ける反射は極めて小さい。このため、CLBO結晶のカ
バー材料としてCaF2 を使えば境界面での反射損失は
無視できる程度になる。したがって、CaF2 に反射防
止膜を蒸着すれば、カバー材料での反射を0.3%程度
以下にする事ができ、全体としての反射を防止すること
ができる。また、入射側と出射側のCaF2 のいずれか
一方、または両方をブリュースター角に加工することに
よって反射をほとんど0とすることができる。
Here, in general, reflection occurs at a joint surface between two substances. This reflection is represented by R = (n1-n2) 2 / (n1) where n1 and n2 are the refractive indexes of the two materials.
+ N2) 2 . For example, CLBO crystal, CaF
2 at 266 nm was 1.546 each.
166 and 1.4626209, so R = 0.0
0078, and the reflection at the joint surface between the CLBO crystal and CaF 2 is extremely small. Therefore, if CaF 2 is used as the cover material of the CLBO crystal, the reflection loss at the interface becomes negligible. Therefore, if an anti-reflection film is deposited on CaF 2 , the reflection on the cover material can be reduced to about 0.3% or less, and the reflection as a whole can be prevented. In addition, by processing one or both of the CaF 2 on the incident side and the exit side at a Brewster angle, the reflection can be made almost zero.

【0008】以上に基づき、本発明においては、次のよ
うにして前記課題を解決する。 (1)波長変換用CLBO結晶の光入射面ならびに光出
射面に吸湿性の少ない材料からなる平板状光学素子をオ
プティカルコンタクトにより各々接合し、上記CLBO
結晶の光入射側に接合されている平板状光学素子の表面
に入射光の波長に対応した反射防止膜を設け、上記CL
BO結晶の光出射側に接合されている平板状光学素子の
表面に少なくとも波長変換光の波長に対応した反射防止
膜を設ける。 (2)波長変換用CLBO結晶の光入射面に吸湿性の少
ない材料からなる平板状光学素子をオプティカルコンタ
クトにより接合し、該平板状光学素子の表面に入射光の
波長に対応した反射防止膜を設け、上記CLBO結晶の
光出射面に吸湿性の少ない材料からなり、波長変換光の
波長および偏光方向に対応したブリュースター角が形成
されている光学素子をオプティカルコンタクトにより接
合する。 (3)波長変換用CLBO結晶の光入射面に吸湿性の少
ない材料からなり、入射光の波長および偏光方向に対応
したブリュースター角が形成されている光学素子をオプ
ティカルコンタクトにより接合し、上記CLBO結晶の
光出射面に吸湿性の少ない材料からなり、波長変換光の
波長および偏光方向に対応したブリュースター角が形成
されている光学素子をオプティカルコンタクトにより接
合する。
Based on the above, the present invention solves the above-mentioned problem as follows. (1) A flat optical element made of a material having low hygroscopicity is bonded to the light incident surface and the light output surface of the CLBO crystal for wavelength conversion by an optical contact, respectively.
An antireflection film corresponding to the wavelength of the incident light is provided on the surface of the flat optical element bonded to the light incident side of the crystal.
An antireflection film corresponding to at least the wavelength of the wavelength-converted light is provided on the surface of the flat optical element bonded to the light emission side of the BO crystal. (2) A flat optical element made of a material having low hygroscopicity is bonded to the light incident surface of the CLBO crystal for wavelength conversion by optical contact, and an antireflection film corresponding to the wavelength of the incident light is formed on the surface of the flat optical element. An optical element made of a material having low hygroscopicity and having a Brewster angle corresponding to the wavelength and the polarization direction of the wavelength-converted light is bonded to the light emitting surface of the CLBO crystal by an optical contact. (3) An optical element made of a material having low hygroscopicity and having a Brewster angle corresponding to the wavelength and polarization direction of the incident light is bonded to the light incident surface of the wavelength conversion CLBO crystal by an optical contact. An optical element made of a material having low hygroscopicity and having a Brewster angle corresponding to the wavelength and polarization direction of the wavelength-converted light is bonded to the light emitting surface of the crystal by optical contact.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下本発明の実施例について説明
する。図1は本発明の第1の実施例の波長変換光学素子
の構成を示す図である。同図は、CLBO結晶ncの両
端に、例えば前記したCaF2 等から形成される平板状
のカバー材料c1,c2を接着したものを示している。
CLBO結晶ncとカバー材料c1,c2はオプティカ
ルコンタクトocにより接着されており、この接着面で
の反射はきわめて少ない。カバー材料c1,c2の接着
されていない方の面s1,s2には反射防止膜Tf1,
Tf2が施されており、使用する波長に対するこれらの
面での反射損を0.3%以下にするよう設計されてい
る。
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a wavelength conversion optical element according to a first embodiment of the present invention. This figure shows that the plate-like cover materials c1 and c2 formed of, for example, the above-mentioned CaF 2 are bonded to both ends of the CLBO crystal nc.
The CLBO crystal nc and the cover materials c1 and c2 are bonded by the optical contact oc, and the reflection on the bonding surface is extremely small. The anti-reflection film Tf1,
Tf2 is applied, and it is designed so that the reflection loss on these surfaces for the wavelength to be used is 0.3% or less.

【0010】図2は、上記波長変換光学素子を用いて、
波長ωの基本波光〔以下基本波(ω)と記す〕の第2高
調波光〔以下第2高調波(2ω)と記す〕を得る場合を
説明する図である。同図に示すように、第2高調波(2
ω)への波長変換に際して、CLBO結晶ncに基本波
(ω)を入射すると、CLBO結晶ncからその第2高
調波である第2高調波(2ω)と、波長変換されずに残
った基本波(ω)が出射する。したがって、この場合に
は、光入射側のカバー材料c1に基本波(ω) に対応し
た反射防止膜Tf1を付け、また、光出射側カバー材料
c2には、第2高調波(2ω) に対応した反射防止膜T
f2を付ける。ここで、CLBO結晶ncから出射する
基本波(ω)は必要がないので、反射防止膜Tf2は、
結晶から出射する基本波(ω) には対応しなくてもよ
い。
FIG. 2 shows the wavelength conversion optical element,
FIG. 3 is a diagram illustrating a case where second harmonic light [hereinafter referred to as a second harmonic (2ω)] of a fundamental light having a wavelength ω [hereinafter referred to as a fundamental wave (ω)] is obtained. As shown in the figure, the second harmonic (2
When the fundamental wave (ω) is incident on the CLBO crystal nc during the wavelength conversion to ω), the second harmonic (2ω) that is the second harmonic from the CLBO crystal nc and the fundamental wave remaining without wavelength conversion (Ω) is emitted. Therefore, in this case, an anti-reflection film Tf1 corresponding to the fundamental wave (ω) is provided on the cover material c1 on the light incident side, and a second harmonic (2ω) is supported on the light emission side cover material c2. Antireflection film T
Attach f2. Here, since the fundamental wave (ω) emitted from the CLBO crystal nc is not required, the antireflection film Tf2 is
It is not necessary to correspond to the fundamental wave (ω) emitted from the crystal.

【0011】図3は、上記波長変換光学素子を用いて、
基本波(ω)の第3高調波(3ω)を得る場合を説明す
る図である。基本波(ω)から第3高調波(3ω)を得
る場合には、同図に示すように、第1のCLBO結晶n
c1に基本波(ω)を入射して、基本波(ω)の第2高
調波(2ω)を得る。ついで、この第2高調波(2ω)
と変換されずに残った基本波(ω)を第2のCLBO結
晶nc2に入射して、第2のCLBO結晶nc2から第
3高調波(3ω)を放出させる。なお、この場合にも、
第2のCLBO結晶nc2から変換されずに残った基本
波(ω)と第2高調波(2ω)が出射する。
FIG. 3 shows the wavelength conversion optical element,
It is a figure explaining the case where the 3rd harmonic (3ω) of a fundamental wave (ω) is obtained. When obtaining the third harmonic (3ω) from the fundamental wave (ω), as shown in FIG.
A fundamental wave (ω) is incident on c1 to obtain a second harmonic (2ω) of the fundamental wave (ω). Next, the second harmonic (2ω)
The fundamental wave (ω) remaining without being converted is incident on the second CLBO crystal nc2, and the third harmonic (3ω) is emitted from the second CLBO crystal nc2. Also in this case,
The fundamental wave (ω) and the second harmonic (2ω) remaining without being converted are emitted from the second CLBO crystal nc2.

【0012】したがって、この場合には、反射防止膜T
f1〜Tf4として次の波長に対応したものを用いる。
第1のCLBO結晶nc1の光入射側のカバー材料
c1には、基本波(ω)に対応した反射防止膜Tf1を
付ける。また、第1のCLBO結晶nc1の光入射側の
カバー材料c2には、基本波(ω)および第2高調波
(2ω) に対応した反射防止膜Tf2を付ける。 第
2のCLBO結晶nc2の光入射側のカバー材料c3に
は、基本波(ω)および第2高調波(2ω) に対応した
反射防止膜Tf3を付ける。また、第2のCLBO結晶
nc2の光出射側のカバー材料c4には、第3高調波
(3ω) に対応した反射防止膜Tf4を付ける。
Therefore, in this case, the anti-reflection film T
Those corresponding to the following wavelengths are used as f1 to Tf4.
An antireflection film Tf1 corresponding to the fundamental wave (ω) is provided on the cover material c1 on the light incident side of the first CLBO crystal nc1. Further, an antireflection film Tf2 corresponding to the fundamental wave (ω) and the second harmonic (2ω) is provided on the cover material c2 on the light incident side of the first CLBO crystal nc1. An antireflection film Tf3 corresponding to the fundamental wave (ω) and the second harmonic (2ω) is provided on the cover material c3 on the light incident side of the second CLBO crystal nc2. Further, an antireflection film Tf4 corresponding to the third harmonic (3ω) is provided on the cover material c4 on the light emission side of the second CLBO crystal nc2.

【0013】以上のように、入射光が複数ある場合、光
入射側には、当該結晶における波長変換に必要な入射光
すべてに対応した反射防止膜を設ける。一方、光出射側
には、後段で必要とされる波長の光に対応した反射防止
膜を設ける。例えば、図2の場合には、光出射側に、波
長変換光(第2高調波(2ω))のみに対応した反射防
止膜を設けているが、図3の場合、第1のCLBO結晶
nc1の光出射側には、波長変換光(第2高調波(2
ω))および波長変換されなかった基本波(ω)の両者
に対応する反射防止膜を設ける必要がある。
As described above, when there are a plurality of incident lights, an antireflection film corresponding to all the incident lights necessary for wavelength conversion in the crystal is provided on the light incident side. On the other hand, on the light emitting side, an antireflection film corresponding to light having a wavelength required in the subsequent stage is provided. For example, in the case of FIG. 2, an antireflection film corresponding to only the wavelength-converted light (the second harmonic (2ω)) is provided on the light emission side. In the case of FIG. 3, however, the first CLBO crystal nc1 is provided. In the light emission side of the wavelength conversion light (second harmonic (2
ω)) and an antireflection film corresponding to both the wavelength-unconverted fundamental wave (ω).

【0014】図4は本発明の第2の実施例の波長変換光
学素子の構成を示す図である。同図は、光入射側には平
板状でs1面には反射防止膜Tf1が施されたカバー材
料c1をオプティカルコンタクトocにより貼り付け、
光出射側には出射する光の波長に対応したブリュースタ
ー角になるように形成された傾斜面を持つカバー材料c
2をオプティカルコンタクトocにより貼り付けた場合
を示している。ここで、ブリュースター角とは、屈折率
の異なる2つの材質(この場合はカバー材料と空気) の
境界面があるとき、この境界面の法線と光の進行方向と
で決まる平面上に光の偏光がある場合に、反射が0とな
る角度を言う。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a wavelength conversion optical element according to a second embodiment of the present invention. In the figure, a cover material c1 having a flat plate shape on the light incident side and an antireflection film Tf1 provided on the s1 surface is attached by an optical contact oc.
A cover material c having an inclined surface formed on the light emitting side so as to have a Brewster angle corresponding to the wavelength of the emitted light.
2 shows a case where the optical disc 2 is attached by an optical contact oc. Here, the Brewster angle means that when there is a boundary surface between two materials having different refractive indexes (in this case, a cover material and air), the light falls on a plane determined by the normal line of the boundary surface and the light traveling direction. Means the angle at which the reflection becomes 0 when there is polarized light.

【0015】図4において、角度θがθ=tan -1nc2
となるとき、θはブリュースター角である。なお、nc
2はカバー材料c2の屈折率である。このような角度に
カットしたカバー材料c2に、カバー材料の内側から入
射した紙面の面内に偏光面のある光は、出射面s2に反
射防止膜を施さなくても反射率を理論上は0とすること
が出来る。一般に、非線形効果を用いて波長変換を行う
場合は、変換されて出射される光は偏光方向が一定の方
向になっているので、この方向にあわせてカバー材料を
カットすればよい。CaF2 の波長に対する屈折率とブ
リュースター角は表1に示す通りであり、CaF2 をカ
バー材料として用い、YAGレーザーの第2高調波から
第4高調波(波長266nm)を発生させる場合には、
ブリュースター角をθ=55. 63°とすればよい。
In FIG. 4, when the angle θ is θ = tan −1 nc2
Is the Brewster angle. Note that nc
2 is the refractive index of the cover material c2. Light having a polarization plane in the plane of the paper, which is incident on the cover material c2 cut at such an angle from the inside of the cover material, has a reflectance of 0 in theory even if the anti-reflection film is not provided on the emission surface s2. It can be. In general, when wavelength conversion is performed using the nonlinear effect, the converted and emitted light has a fixed polarization direction, and thus the cover material may be cut in accordance with this direction. The refractive index and Brewster angle with respect to the wavelength of CaF 2 are as shown in Table 1. When CaF 2 is used as a cover material and the second to fourth harmonics (wavelength 266 nm) of a YAG laser are generated, ,
The Brewster angle may be set to θ = 55.63 °.

【0016】[0016]

【表1】 [Table 1]

【0017】ところで、ブリュースター角を成す傾斜面
の形状は、波長、偏光方向に応じて定まり、例えば図4
において、偏光方向が紙面と直交する方向である場合に
は、傾斜面はカバー材料c2内を通過する光の進行方向
を回転軸として、図に示す前記傾斜面を90°回転させ
た面にする必要がある。また、基本波から第2高調波を
得る場合、入射する基本波(ω) と波長変換されなかっ
た基本波(ω) の偏光方向と、波長変換された第2高調
波(2ω) の偏光方向は互いに異なる。したがって、図
4に示す波長変換用光学素子を用いて第2高調波を得る
場合には、カバー材料c1に施す反射防止膜Tf1は基
本波(ω)に対応したものとし、また、カバー材料c2
に形成する傾斜面の形状は、波長変換された第2高調波
(2ω) の偏光方向に対応したブリュースタ角にする必
要がある。なお、当然のことであるが、カバー材料c2
を上記のような形状とした場合、第2高調波とは波長・
偏光方向とも異なる波長変換されなかった基本波(ω)
に対しては対応できない。
The shape of the inclined surface forming the Brewster angle is determined according to the wavelength and the polarization direction.
In the case where the polarization direction is a direction perpendicular to the paper surface, the inclined surface is a surface obtained by rotating the inclined surface shown in the figure by 90 ° with the traveling direction of light passing through the cover material c2 as a rotation axis. There is a need. When the second harmonic is obtained from the fundamental wave, the polarization direction of the incident fundamental wave (ω) and the fundamental wave (ω) whose wavelength has not been converted, and the polarization direction of the second harmonic (2ω) whose wavelength has been converted. Are different from each other. Therefore, when the second harmonic is obtained using the wavelength conversion optical element shown in FIG. 4, the antireflection film Tf1 applied to the cover material c1 corresponds to the fundamental wave (ω), and the cover material c2
Is required to have a Brewster angle corresponding to the polarization direction of the wavelength-converted second harmonic (2ω). As a matter of course, the cover material c2
Is the above shape, the second harmonic is the wavelength
The fundamental wave (ω) which is different from the polarization direction and not wavelength converted
Can not respond.

【0018】図5は本発明の第3の実施例の波長変換光
学素子の構成を示す図である。同図は、入射する光およ
び出射する光に対してブリュースター角となるよう形成
した傾斜面を持つカバー材料c1,c2をCLBO結晶
ncにオプティカルコンタクトocで貼り付けた場合を
示しており、同図(a)は上面図、(b)は側面図であ
る。なお、同図中に示したy−z,x−yは図5(a)
(b)における座標軸を示しており、y−z平面、x−
y平面は互いに直交する平面である。この場合には、入
射する光と出射する光の偏光方向および波長が異なるた
め、入射側のカバー材料c1の取り付け方向およびカッ
ト角は、出射側のカバー材料c2の取り付け方向および
カット角とは異なっている。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a wavelength conversion optical element according to a third embodiment of the present invention. The figure shows a case where cover materials c1 and c2 having inclined surfaces formed to have a Brewster angle with respect to incident light and outgoing light are adhered to a CLBO crystal nc by optical contacts oc. FIG. 1A is a top view, and FIG. 1B is a side view. Note that yz and xy shown in FIG.
3B shows coordinate axes in (b), a yz plane, and x-
The y planes are planes orthogonal to each other. In this case, since the polarization direction and wavelength of the incident light and the emitted light are different, the mounting direction and the cut angle of the incident side cover material c1 are different from the mounting direction and the cut angle of the output side cover material c2. ing.

【0019】ここで、波長変換を行う場合、下記のTy
pe I、Type II の位相整合が用いられる。 (1) Type I :ooe結晶 入射する光の偏光方向が全てo偏光で、波長変換光の偏
光方向がe偏向(o偏光とe偏光は偏光方向が直交す
る) (2) Type II :eoe結晶 入射する光の偏光方向が一方がe偏向、他方がo偏光
で、波長変換光の偏光方向がe偏光 例えば、YAGレーザ光源が放出する光の第2高調波
(波長532nm)からType Iの位相整合による波
長変換で第4高調波(波長266nm)を得る時は、上
記のように入射光の偏光方向がo、波長変換光の偏光方
向がeであるので、入射光の偏光と出射光の偏光方向は
互いに直交することとなる。
Here, when wavelength conversion is performed, the following Ty is used.
PeI and Type II phase matching is used. (1) Type I: ooe crystal The polarization direction of the incident light is all o-polarization, and the polarization direction of the wavelength-converted light is e-polarization (the polarization directions of o-polarization and e-polarization are orthogonal). (2) Type II: eoe crystal One of the polarization directions of the incident light is e-polarization, the other is o-polarization, and the polarization direction of the wavelength-converted light is e-polarization. For example, the phase of Type I from the second harmonic (wavelength 532 nm) of the light emitted by the YAG laser light source When the fourth harmonic (wavelength 266 nm) is obtained by wavelength conversion by matching, the polarization direction of the incident light is o and the polarization direction of the wavelength-converted light is e as described above. The polarization directions are orthogonal to each other.

【0020】したがって、図5において、CLBO結晶
ncのc軸がx−y平面上にあるときには、入射側のカ
バー材料c1のカット面はx−y平面に直角で入射光の
光軸と(90°−θ1) の角度を成し、入射光の偏光方
向はx−y平面上にあるように設定する。θ1は入射光
の波長に合わせたブリュースター角であり、θ1=tan
-1〔n(532nm)〕である。また、出射側のカバー
材料c2のカット面はy−z平面に直角で出射光の光軸
と(90°−θ2)の角度を成しており、出射光の偏光
方向はy−z面上にある。θ2は出射光の波長に合わせ
たブリュースター角で、θ2=tan -1(n(266n
m))である。このように構成すれば、入射側では入射
光の反射を、出射側では出射光の反射をほとんど0にす
ることが出来る。
Therefore, in FIG. 5, when the c-axis of the CLBO crystal nc is on the xy plane, the cut surface of the cover material c1 on the incident side is perpendicular to the xy plane and (90 ° -θ1), and the polarization direction of the incident light is set to be on the xy plane. θ1 is the Brewster angle according to the wavelength of the incident light, and θ1 = tan
-1 [n (532 nm)]. In addition, the cut surface of the cover material c2 on the emission side is perpendicular to the yz plane and forms an angle of (90 ° -θ2) with the optical axis of the emitted light, and the polarization direction of the emitted light is on the yz plane. It is in. θ2 is a Brewster angle adjusted to the wavelength of the emitted light, and θ2 = tan −1 (n (266n
m)). With this configuration, it is possible to make the reflection of the incident light on the incident side and the reflection of the outgoing light on the exit side almost zero.

【0021】上記波長変換用光学素子を用いて波長変換
を行う場合には、位相整合のタイプに応じてカバー材料
のブリュースター角を次のように設定する。 (1) 波長変換用光学素子に基本波(ω)を入射して、第
2高調波(2ω)を発生させる場合。 Type I 入射側のカバー材料c1は、o偏光に対応したブリュー
スター角とし、出射側のカバー材料c2は、e偏光に対
応したブリュースター角とする。 Type II 入射側のカバー材料c1は、o偏光、e偏光の両方に対
応できるように、45°方向の偏光に対応したブリュー
スター角とし、出射側のカバー材料c2は、e偏光に対
応したブリュースター角とする。
When wavelength conversion is performed using the wavelength conversion optical element, the Brewster angle of the cover material is set as follows according to the type of phase matching. (1) A case where a fundamental wave (ω) is incident on a wavelength conversion optical element to generate a second harmonic (2ω). The cover material c1 on the Type I incidence side has a Brewster angle corresponding to the o-polarized light, and the cover material c2 on the emission side has a Brewster angle corresponding to the e-polarized light. Type II The cover material c1 on the incident side has a Brewster angle corresponding to the polarization in the 45 ° direction so as to be able to support both the o-polarized light and the e-polarized light, and the cover material c2 on the output side is a Brewster angle corresponding to the e-polarized light. Star angle.

【0022】(2) 波長変換用光学素子に異なる2波長の
光を入射し、その和周波光を発生させる場合 Type I 入射側のカバー材料c1は、異なる2波長(偏光方向は
両者ともo偏光) の各々に対応したブリュースター角の
双方に近似した角度とする。また、出射側のカバー材料
c1はe偏光に対応したブリュースター角とする。例え
ば、CaF2 の波長1064nm、532nm、355
nm、266nmに対するブリュースター角は、前記表
1に示すように、55. 0°、55. 14°、55.3
3°、55. 63°と1%程度しか変らない。したがっ
て、偏光方向が同じであれば、55°近傍の値にブリュ
ースター角を設定すれば、上記波長の光に対応すること
ができる。 Type II 位相整合がType II の場合には、入射する光の偏光
方向が一方がe偏向、他方がo偏光であり、偏光方向が
異なっている。このため、カバー材料c1に両方に対応
した傾斜面を形成することができず、和周波発生には使
用できない。
(2) When two different wavelengths of light are incident on the wavelength conversion optical element to generate a sum frequency light: The cover material c1 on the Type I incidence side has two different wavelengths (both polarization directions are o-polarized light). ) Is an angle approximating both Brewster angles corresponding to each of the above. The output side cover material c1 has a Brewster angle corresponding to e-polarized light. For example, the wavelength of CaF 2 is 1064 nm, 532 nm, or 355 nm.
Brewster angles with respect to nm and 266 nm were 55.0 °, 55.14 ° and 55.3 as shown in Table 1 above.
3 °, 55.63 °, which is only about 1%. Therefore, if the Brewster angle is set to a value in the vicinity of 55 ° when the polarization direction is the same, it is possible to cope with light having the above-mentioned wavelength. When the Type II phase matching is Type II, one of the polarization directions of incident light is e-polarization and the other is o-polarization, and the polarization directions are different. For this reason, the inclined surface corresponding to both can not be formed in the cover material c1, and cannot be used for sum frequency generation.

【0023】[0023]

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、波長変換用CLBO結晶の光入射面および光出射面
に吸湿性の少ない材料からなる光学素子を接合し、該光
学素子の表面に反射防止膜を形成するか、光学素子にブ
リュースター角を成す傾斜面を形成したので、防湿性を
向上させるとともに、光の入出射面における反射損を低
減化することができる。
As described above, according to the present invention, an optical element made of a material having low hygroscopicity is bonded to the light incident surface and the light output surface of the wavelength conversion CLBO crystal, and the light is reflected on the surface of the optical element. Since the prevention film is formed or the inclined surface having a Brewster angle is formed on the optical element, it is possible to improve the moisture proof property and reduce the reflection loss on the light entrance / exit surface.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例の波長変換光学素子の構
成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a wavelength conversion optical element according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の波長変換光学素子を用いて基本波(ω)
の第2高調波(2ω)を得る場合を説明する図である。
FIG. 2 shows a fundamental wave (ω) using the wavelength conversion optical element of FIG.
FIG. 4 is a diagram for explaining a case where a second harmonic (2ω) is obtained.

【図3】図1の波長変換光学素子を用いて基本波(ω)
の第3高調波(3ω)を得る場合を説明する図である。
FIG. 3 shows a fundamental wave (ω) using the wavelength conversion optical element of FIG.
FIG. 4 is a diagram for explaining a case where a third harmonic (3ω) is obtained.

【図4】本発明の第2の実施例の波長変換光学素子の構
成を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a wavelength conversion optical element according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第3の実施例の波長変換光学素子の構
成を示す図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a wavelength conversion optical element according to a third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

nc,nc1,nc2 CLBO結晶 c1〜c4 カバー材料 Tf1〜Tf4 反射防止膜 nc, nc1, nc2 CLBO crystal c1 to c4 Cover material Tf1 to Tf4 Antireflection film

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 波長変換用CLBO結晶の光入射面なら
びに光出射面に吸湿性の少ない材料からなる平板状光学
素子をオプティカルコンタクトにより各々接合し、 上記CLBO結晶の光入射側に接合されている平板状光
学素子の表面に入射光の波長に対応した反射防止膜を設
け、 上記CLBO結晶の光出射側に接合されている平板状光
学素子の表面に少なくとも波長変換光の波長に対応した
反射防止膜を設けたことを特徴とする波長変換用光学素
子。
1. A flat optical element made of a material having low hygroscopicity is bonded to a light incident surface and a light output surface of a wavelength conversion CLBO crystal by an optical contact, and is bonded to a light incident side of the CLBO crystal. An anti-reflection film corresponding to the wavelength of incident light is provided on the surface of the flat optical element, and the anti-reflection film corresponding to at least the wavelength of the wavelength-converted light is provided on the surface of the flat optical element bonded to the light exit side of the CLBO crystal. An optical element for wavelength conversion, comprising a film.
【請求項2】 波長変換用CLBO結晶の光入射面に吸
湿性の少ない材料からなる平板状光学素子をオプティカ
ルコンタクトにより接合し、該平板状光学素子の表面に
入射光の波長に対応した反射防止膜を設け、 上記CLBO結晶の光出射面に吸湿性の少ない材料から
なり、波長変換光の波長および偏光方向に対応したブリ
ュースター角が形成されている光学素子をオプティカル
コンタクトにより接合したことを特徴とする波長変換用
光学素子。
2. A flat optical element made of a material having low hygroscopicity is bonded to a light incident surface of a wavelength conversion CLBO crystal by an optical contact, and antireflection corresponding to the wavelength of the incident light is made on the surface of the flat optical element. A film is provided, and an optical element made of a material having low hygroscopicity and having a Brewster angle corresponding to the wavelength and polarization direction of the wavelength-converted light is bonded to the light emitting surface of the CLBO crystal by optical contact. Wavelength conversion optical element.
【請求項3】 波長変換用CLBO結晶の光入射面に吸
湿性の少ない材料からなり、入射光の波長および偏光方
向に対応したブリュースター角が形成されている光学素
子をオプティカルコンタクトにより接合し、 上記CLBO結晶の光出射面に吸湿性の少ない材料から
なり、波長変換光の波長および偏光方向に対応したブリ
ュースター角が形成されている光学素子をオプティカル
コンタクトにより接合したことを特徴とする波長変換素
子。
3. An optical element made of a material having low hygroscopicity and having a Brewster angle corresponding to the wavelength and polarization direction of the incident light is bonded to the light incident surface of the wavelength conversion CLBO crystal by optical contact. Wavelength conversion, wherein an optical element made of a material having low hygroscopicity and having a Brewster angle corresponding to the wavelength and polarization direction of the wavelength-converted light is bonded to the light-emitting surface of the CLBO crystal by an optical contact. element.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7826500B2 (en) 2005-08-29 2010-11-02 Panasonic Corporation Fiber laser and optical device
JP2011197432A (en) * 2010-03-19 2011-10-06 Mitsubishi Electric Corp Wavelength conversion laser device
JP2012177806A (en) * 2011-02-25 2012-09-13 Showa Optronics Co Ltd Ultraviolet laser device
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JP2017530426A (en) * 2014-09-05 2017-10-12 オキシャスOxxius Resonant microchip resonator-based system for generating laser beams via nonlinear effects

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